CN101487581A - 发光二极管光源模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管光源模组,其具有一个电路板,一个光转换层,以及若干个发光二极管。所述若干个发光二极管发出具有一初始颜色的光,所述若干个发光二极管设置在所述电路板上,且通过所述电路板电连接与外部电源。所述光转换层具有一透明基体和分布于所述透明基体中的荧光物质微粒,所述光转换层对应于所述若干发光二极管排成的阵列设置,其厚度由中心向周边递减,使得所述初始颜色的光经过所述光转换层而形成的混合颜色的光均匀。

Description

发光二极管光源模组

技术领域

本发明涉及一种发光二极管光源模组,尤其涉及一种白光发光二极管光源模组。 背景技术

发光二极管(LED)有着体积小、坚固耐震、光学特性佳、省电、寿命长等优点,可参见 Daniel A. Steigerwald等人在文献IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 2, March/April 2002中的Illumination With Solid State Lighting Technology—文。随着发光二极管发光效率的不断提升,发光二极管越来越多被 应用到照明、显示等领域。例如:液晶显示器(LCD Display)中的背光源,慢慢采用发光二 极管来取代传统冷阴极射线管(CCFL),照明产品也逐渐采用发光二极管取代效率低下的白炽 灯泡等。

目前的白光发光二极管光源模组, 一般都采用蓝光发光二极管作为初始光源,其发出的 部分蓝光激发蓝光发光二极管透明封装体中弥散的荧光物质(也称为发光物质即 Luminescence Substance)产生的黄光与剩余蓝光混合产生白光。因此,当白光中蓝光所占 的比例大于黄光的比例时,该白光为偏蓝色的光,反之,则为偏黄色的光。

目前很多产品中采用的白光发光二极管光源模组,其采用多个发光二极管成阵列排列构 成一个小面积的光源。由于单个发光二极管发出的光散射,随着光发散角度由0度到90度, 其发出的光强度逐渐递减,因此使得所述多个发光二极管成阵列排列构成一个小面积的光源 所发出的光的强度由出光区域中心向两边递减。所述出光区域为对应于所述多个发光二极管 阵列的区域。

因此,当所述多个发光二极管构成的光源发出的光经过荧光物质的光程一致时,所述白 光发光二极管光源模组产生的混合颜色的光在不同区域产生颜色混和不均匀的现象,甚至会 出现出光区域中心和周边的颜色发生明显的偏差。

另外,目前白光发光二极管光源模组一般都是将荧光粉掺杂于单色光的发光二极管的透 明封装体内,从制程上来说, 一般是在发光二极管的封装过程中掺杂入荧光粉,该制程繁琐 ,不利于量产。

由鉴于此,提供一种能够解决上述问题的适宜于量产的白光发光二极管光源模组十分必发明内容

本发明提供一种发光二极管光源模组,其具有一个电路板, 一个光转换(Luminescence Conversion)层,以及若干个发光二极管。所述若干个发光二极管若干个发光二极管,其组 成一个发光二极管阵列。每个发光二极管发出一初始颜色(Original Color)的光,

所述光转换层与所述发光二极管阵列分离设置且与该发光二极管阵列光学耦合,所述光 转换层具有一透明基体和均匀分布于所述透明基体中的荧光物质,所述荧光物质将部分所述 初始颜色的光转换成至少一种与初始颜色不同的光,所述至少一种与初始颜色不同的光与剩 余的初始颜色的光混合使得所述发光二极管光源模组发出混合颜色的光(light of mixed colors)。所述所述光转换层对应于所述若干发光二极管阵列的区域的厚度由中心向其周边 递减,使得所述混合颜色的光在所述区域上颜色混合均匀。

本发明还提供一种发光二极管光源模组,其包括一个基板、若干个发光二极管芯片、一 个透明封装体和一个光转换层,所述基板上形成有金属线路;所述若干个发光二极管芯片组 成一个发光二极管芯片阵列,所述发光二极管芯片阵列设置在所述电路板上,每个发光二极 管芯片用以发出具有一初始颜色的光;所述透明封装体封装所述若干发光二极管芯片;所述 光转换层与所述若干发光二极管芯片光学耦合且设置在所述透明封装体之上,所述光转换层 具有一透明基体和均匀分布于所述透明基体中的荧光物质,且所述光转换层的厚度由中心向 周边递减使得所述初始颜色的光经过所述光转换层而形成均匀混合颜色的光。

本发明提供的发光二极管光源模组,其具有一含有荧光物质的光转换层,相比现有技术 ,所述光转换层可以单独根据需求进行制作,不需要与发光二极管半导体固体元件一起封装 制造,因此本发明的发光二极管光源模组适宜于量产。而且,考虑到所述若干个发光二极管 成阵列均匀设置在所述电路板上,使得其发出的光强度由中心向周边区域递减,因此,设计 所述光转换层厚度由中心向周边区域递减,使得所述发光二极管光源模组发出的混合颜色的 光均匀。出光区域的中心发出的光经过光转换层的光程长(Light path length)大于所述其 周边发出的光所经过的光转换层的光程,使得出光区域的中心发出的光激发的荧光物质多于 其周边发出的光所激发的荧光物质,因此使得中心区域发出的光经过光转换层后的混合光与 其周边发出的光经过光转换层后的混合光一致。

附图说明

图l是本发明第一实施例提供的一种发光二极管光源模组的示意图。 图2是本发明第二实施例提供的一种发光二极管光源模组的示意图。 图3是本发明第三实施例提供的一种发光二极管光源模组的示意图。

5图4是本发明第四实施例提供的一种发光二极管光源模组的示意图。 图5是本发明第五实施例提供的一种发光二极管光源模组的示意图。 具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图l,为本发明第一实施例提供的一种发光二极管光源模组10的示意图。 所述发光二极管光源模组10具有一个印制电路板11, 一个光转换层12,以及若干个发光 二极管13。

所述若干个发光二极管13分别发出一初始颜色的光,优选地,所述若干发光二极管13为 封装好的蓝光发光二极管,其发出的初始颜色的光为蓝光,所述若干个发光二极管13的发光 光谱的峰值对应的光波长在43(T470nm之间。所述若干个发光二极管13通过所述印制电路板 ll电连接与外部电源。

优选地,所述印制电路板ll包括基板和设置在基板上的金属线路,所述基板选择不限, 可以为传统的FR4环氧树脂基板、金属芯印制板(MCPCB)、陶瓷基板或者硅基板等。所述FR4 为美国电子制造协会(NEMA)对含溴原子的环氧树脂基板的编号,其中FR表示该基板中含有不 易着火物质使得所述基板具有难燃性(Flame Retardant)或者抗燃性(Flame Resistant)。上 述基板为印制电路板领域常见的基板类型。所述印制电路板ll的基板上铺设金属线路,所述 若干发光二极管13电连接与所述金属线路以电连接至外部电源。所述印制电路板ll的制作方 法也为传统的印制电路板制作方法。

优选地,所述发光二极管光源模组10还进一步具有一反射挡板14,所述反射挡板14成环 形设置在所述电路板ll周边,将所述若干发光二极管13围起。可以理解的是,所述反射挡板 14围成一底面14b为圆形的容置腔14a,将所述若干发光二极管13围在所述容置腔14a内。可 以理解的是,所述底面14b为所述印制电路板ll的一表面。所述若干发光二极管13成阵列均 匀设置在所述底面14b。可以理解的是,所述若干发光二极管13组成一个发光二极管阵列。

所述反射挡板14的材质选择不限,可以为反光效果较好的金属、塑胶、陶瓷或者单晶硅 (Silicon)等。

所述反射挡板14具有一反射壁141,所述反射壁141具有一定坡度,可以减小所述若干发 光二极管发出的光的发散角度。可以理解的是,所述反射挡板14顶部142围起的区域为出光 区域。

优选地,所述光转换层12与所述反射挡板14顶部142接合,将所述若干发光二极管封起 ,使得所述光转换层12与所述若干发光二极管13相隔一距离而避免直接接触,使得光转换层

612中的分散的荧光物质微粒124避免由于发光二极管工作时温度高而造成荧光物质微粒发光 效率降低,而且可以增加所述荧光物质微粒124吸收初始颜色的光的机会以提高其利用效率

所述光转换层12由透明基体126和掺杂在所述透明基体中的若干荧光物质微粒124构成, 所述荧光物质微粒124可以为黄光荧光物质微粒如Y3Al5C^2:Ce3+(简写为YAG:Ce)微粒、氮化物 类黄光荧光物质微粒、硅酸盐类黄光荧光物质微粒等,还可以为绿光荧光物质,其成微粒状 弥散在所述光转换层12的透明基体126中,所述透明基体126的材制可以为硅胶(也称硅氧树 脂,英文名称为Silicone)或者环氧树脂(Epoxy)等。所述黄光荧光物质和绿光荧光物质的获 得可以从现有技术中实现。可以理解的是,所述黄光荧光物质吸收初始颜色为蓝色的光并产 生黄光,绿光荧光物质吸收初始颜色为蓝色的光并产生绿光,所述黄光或者绿光与剩余的蓝 光混合使得发光二极管光源模组10发出白光。

可以理解的是,所述光转换层12可以采用注塑成型的方法单独制造。

所述光转换层12的厚度由中心区域向两边区域递减。具体地,所述光转换层12具有一第 一表面121和一第二表面122,所述第一表面121为平面,其与所述若干发光二极管13相邻, 所述第二表面122为一拱形曲面,使得所述光转换层厚度由中心向周边递减,即中心厚度D工 大于周边区域的厚度D2。可以理解的是,由于单个发光二极管13发出的光的强度随其发光角 度增大而减小,使得所述多个发光二极管13组成的发光二极管阵列发出的光的强度由出光区 域的中心向出光区域的周边递减。

当然可以理解的是,所述光转换层12形状不限于此,所述第二表面122不限于拱形曲面 ,还可以为其他形状的凸面,只要能够实现厚度由中心向周边递减即为本发明的思想。

优选地,所述光转换层12的透明基体126进一步掺杂有光散射微粒(Diffuser)128,所述 光散射微粒128可以为聚碳酸酯(Polycarbonate,简称PC)微粒、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有 机玻璃,英文縮写为PMMA)微粒、熔炼石英砂(Fused Silica)微粒、熔炼石英(Fused Quartz)微粒、三氧化二铝微粒、氧化镁微粒、二氧化钛微粒等透明微粒。所述光散射微粒 128还可以为CaF2微粒、Si02微粒、CaC03微粒或者BaS04微粒等。将所述光散射微粒128掺杂 入所述透明基体126制作所述光转换层12的方法为已知技术。

本发明第一实施例提供的发光二极管光源模组10,采用多个单一颜色的封装好的蓝光发 光二极管13作为初始光源排列在所述印制电路板13上,再将一光转换层12设置在该若干发光 二极管13组成的发光二极管阵列上方,且与其光学耦合,相比目前将起光转换作用的荧光物 质封装于发光二极管透明封装体内的传统技术,本发明制作简单,适宜于量产,且所述光转

7换层12厚度由中心向周边递减,可以确保该光源模组10发出的混合颜色的光均匀。

请参阅图2,为本发明第二实施例提供的一种发光二极管光源模组20,其与本发明第一 实施例提供的光源模组10的不同点在于,所述发光二极管光源模组20进一步具有一辅助光转 换层24,所述辅助光转换层由第二透明基体241和若干分布于所述第二透明基体241的红光荧 光物质微粒242构成。所述辅助光转换层24将所述原始颜色的光转换成红光。

优选地,所述辅助光转换层24设置于所述光转换层22和若干发光二极管23排成的阵列之 间,可避免所述红光荧光物质微粒242吸收光转换层24转换来的与初始颜色不同的光。

所述发光二极管光源模组20增加一辅助光转换层24,使得所述所述发光二极管光源模组 20的演色性值(CRI)可以达到90以上。

可以理解的是,如果所述光转换层22的荧光物质微粒为绿光荧光物质微粒时,所述发光 二极管光源模组20发出混合颜色光的演色性(Color Rendering Index,简称CRI)值同样可以 达到90以上,且其发出的混合光的色彩饱和度(NTSC)可以达到85呢。

本发明第二实施例提供的发光二极管光源模组20增加能够产生红光的辅助光转换层24, 且将辅助光转换层24设置相比光转换层22,更临近于所述发出的初始颜色光的若干发光二极 管23阵列,保证所述发光二极管光源模组20最终发出的混合光的演色性提高,即其发出的混 合光的CRI值达到90以上。

请参阅图3,为本发明第三实施例提供的发光二极管光源模组30,其与本发明第一实施 例的发光二极管光源模组10和第二实施例的发光二极管光源模组20的不同点在于,所述发光 二极管33为未封装的发光二极管芯片。

优选地,所述发光二极管芯片具有一导电线332,其电连接与所述电路板31的一电极片 312,所述发光二极管芯片33底部与所述电路板31上的金属线路(图未示)电接触,且所述电 极片312也电连接至所述金属线路,使得所述发光二极管芯片33由所述金属线路电连接至外 部电路以获得一使其工作的电压。优选地,所述导电线332为金线(Gold Wire)。

所述发光二极管光源模组30进一步具有一个透明封装体35,所述透明封装体35填入所述 反射挡板34围起的容置腔,以隔离所述发光二极管芯片33与外界。优选地,所述透明封装体 35材质可以为硅胶或者环氧树脂等。

所述光转换层32分别于所述反射挡板34和透明封装体35接合。优选地,所述透明封装体 35选取材料的折射率大于或者等于所述光转换层32的基材的折射率。

优选地,所述封装体35内掺杂入若干光散射微粒351。所述光散射微粒251可以为聚碳酸 酯(Polycarbonate,简称PC)微粒、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃,英文縮写为P匿A)微粒、熔炼石英砂(Fused Silica)微粒、熔炼石英(Fused Quartz)微粒、三氧化二铝微粒、 氧化镁微粒、二氧化钛微粒等透明微粒。所述光散射微粒还可以为CaF2微粒、Si02微粒、 CaC03微粒或者BaS04微粒等。将所述光散射微粒251掺杂入所述透明封装体35的制作方法为 已知技术。

所述光转换层32设置于所述透明封装体35的上方,且与所述反射挡板34顶部接合。

所述发光二极管芯片33发出的光经过所述光散射微粒351散射,可以提高所述光激发所 述荧光物质微粒324的效率。

本发明第三实施例提供的发光二极管光源模组30,相比第一实施例的发光二极管光源模 组10,其可以先对多个发光二极管芯片33组成的发光二极管阵列进行封装,然后设置所述光 转换层32,同样适宜于量产,且达到混合光的颜色混合均匀。

请参阅图4为本发明第四实施例提供的发光二极管光源模组40,其与本发明第一实施例 的发光二极管光源模组10的不同点在于,所述光转换层42还可以为,所述第一表面421和第 二表面422均为凸面,其分别为朝向该光转换层42两侧凸起的凸面,其也可以实现所述光转 换层42的厚度由中心向周边递减。

优选地,所述第一表面421周边延伸水平部分421 a与所述反射挡板44顶部接合。

本发明第四实施例提供的发光二极管光源模组40为本发明第一是实施例的变形实施方式 ,可以实现发光二极管光源模组40发出混合光均匀。

请参阅图5为本发明第五实施例提供的发光二极管光源模组50,其与本发明第一实施例 的发光二极管光源模组10的不同点在于,所述光转换层52还可以为,所述第一表面521为拱 形曲面,其拱向所述若干发光二极管53,所述第二表面522为水平,其同样可以实现所述光 转换层52的厚度由中心向周边递减。

本发明第五实施例提供的发光二极管光源模组50为本发明第一是实施例的变形实施方式 ,可以实现发光二极管光源模组50发出混合光均匀。

可以理解的是,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术构思做出其它 各种相应的改变与变形,而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】一种发光二极管光源模组,其包括:一个电路板;若干个发光二极管,其组成一个发光二极管阵列,所述发光二极管阵列设置在所述电路板上,每个发光二极管用以发出具有一初始颜色的光;以及一个光转换层,其与所述发光二极管阵列分离设置且与该发光二极管阵列光学耦合,所述光转换层具有一透明基体和均匀分布于所述透明基体中的荧光物质,且所述光转换层的厚度由中心向周边递减使得所述初始颜色的光经过所述光转换层而形成均匀混合颜色的光。
  2. 2 如权利要求l所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述发 光二极管光源模组进一步包括一反射挡板,其环绕设置在所述电路板周边,该反射挡板、电 路板及光转换层围成一容置腔以容置所述若干发光二极管。
  3. 3 如权利要求2所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述反 射挡板具有一连接该电路板及光转换层且位于所述容置腔内的反射内壁,所述反射内壁具有 一定坡度。
  4. 4 如权利要求l所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述光 转换层具有一第一表面和与所述第一表面相对的一第二表面,该第一表面及第二表面正对该 发光二极管阵列,且所述第一表面为平面,第二表面为一相对于第一表面的凸面。
  5. 5 如权利要求l所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述光 转换层具有一第一表面和与第一表面相对的一第二表面,该第一表面及第二表面正对该发光 二极管阵列,且所述第一表面和第二表面分别为朝向该光转换层两侧凸起的凸面。
  6. 6 如权利要求l所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述若 干个发光二极管为蓝光发光二极管,其发出的初始颜色的光为蓝光,所述荧光物质为黄光荧 光物质或者绿光荧光物质。
  7. 7 如权利要求6所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述发 光二极管光源模组进一步包括一辅助光转换层,所述辅助光转换层分布有红光荧光物质,所述辅助光转换层设置在所述发光二极管阵列与光转换层之间。
  8. 8. 一种发光二极管光源模组,其包括: 一个基板,其上形成有金属线路;若干个发光二极管芯片,其组成一个发光二极管芯片阵列,所述发光二极管芯片阵列 设置在所述电路板上,每个发光二极管芯片用以发出具有一初始颜色的光; 一个透明封装体,其封装所述若干发光二极管芯片;以及一个光转换层,其与所述若干发光二极管芯片光学耦合且设置在所述透明封装体之上 ,所述光转换层具有一透明基体和均匀分布于所述透明基体中的荧光物质,且所述光转换层 的厚度由中心向周边递减使得所述初始颜色的光经过所述光转换层而形成均匀混合颜色的光
  9. 9.如权利要求8所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述透 明封装体具有若干个分布其中的光散射微粒。
  10. 10.如权利要求9所述的发光二极管光源模组,其特征在于,所述光 散射微粒为透明的聚碳酸酯微粒、PMMA微粒、熔炼石英砂微粒、熔炼石英微粒、三氧化二 铝微粒、氧化镁微粒、二氧化钛微粒及其混合。
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